CN105642202B - 一种功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法及应用。将功能化石墨烯与钙盐溶液在容器中混合并用石蜡封口膜对容器进行封口;将上述得到的混合溶液进行超声分散;在上述混合溶液容器的封口处扎孔并置于放有浓硫酸和碳酸铵的密闭容器中;将上述密闭容器移入恒温培养箱内,培养;用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液进行离心分离,真空干燥得到产品。本发明采用四乙烯五胺修饰的石墨烯为模板,诱导碳酸钙晶体结晶生长。制备出的碳酸钙为规则的球状中空晶体具有更大的比表面积,晶型为球霰石,分散性好,具有中空结构、粗糙的表面结构和良好的细胞相容性,可制成药物载体或人体组织工程支架,应用于骨组织医疗领域。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种中空微球材料的制备方法,具体地说是一种功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球的制备方法。
背景技术
CaCO3是一种重要的生物矿物,广泛的存在于珊瑚、贝壳等生物体内。由于其良好的生物相容性、生物活性以及其在人体内的无毒害、无免疫反应等特点一直以来在仿生材料研究范畴中都是一个重要的研究方向。其在骨填充、替代材料以及药物载体的研究领域中具有良好的应用前景。
空心微球材料是一类内部具有空心结构的微纳米材料,具有介孔结构、比表面积大、比重低等特点,在催化、生物医药、颜料、光子晶体、超级电容器、锂离子电池、气体传感器、污水处理等领域有重要的应用前景。
中空结构的CaCO3兼具以上两种优点,因此,发展简便有效的合成方法合成结构复杂、稳定和性能更优异的碳酸钙空心微球具有重要的意义。目前空心微球的合成方法主要包括硬模板法、软模板法、以及一些基于柯肯达尔效应、电位置换反应、及奥斯特瓦尔德熟化的合成方法。其中模板法是制备微米级/纳米级无机空心微球最有效且最通用的方法。例如公开号为CN101580261、名称为“中空碳酸钙方解石晶体的制备方法”的专利文件中,公开了一种将聚β-苯甲基天门冬氨酸溶于挥发性溶剂中制成铺展液,接着将铺展液滴于去离子水亚相表面进行超速压膜形成具有一定强度的单分子膜,之后利用垂直提拉法把单分子膜LB膜移到疏水基片上(疏水片制备方法为:玻璃基片依次在水、丙酮、乙醇、水中用超声分别处理30min,氮气吹干;放入新配制的90℃Piranha溶液中浸泡10h,氮气吹干;置于氟硅烷溶液中,加半滴水引发反应用保鲜膜密封12h;取出后放入烘箱内在120℃下烘lh),最后将基片置于碳酸氢钙溶液中20~28h使碳酸钙晶体生长的方法;该方法过程复杂,得到的碳酸钙为碟状中空晶体,晶型为方解石。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、条件温和可控、重复性好、分散性好的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法。本发明的目的还在于提供一种功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的应用方法。
本发明的目的是这样实现的:
(1)将功能化石墨烯与钙盐溶液在容器中混合并用石蜡封口膜对容器进行封口;
(2)将上述得到的混合溶液进行超声分散;
(3)在上述混合溶液容器的封口处扎孔并置于放有浓硫酸和碳酸铵的密闭容器中;
(4)将上述密闭容器移入恒温培养箱内,培养;
(5)用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液进行离心分离,真空干燥得到产品。
本发明还可以包括:
1、功能化石墨烯与钙盐溶液的混合比为:2~20mg功能化石墨烯与20mM~200mM钙盐溶液混合。
2、恒温培养箱的温度为25~85℃,培养时间为1~10h。
3、所述功能化的石墨烯为四乙烯五胺修饰的石墨烯。
4、所述钙盐为氯化钙或硝酸钙。
本发明获得的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球用于制备药物载体或人体组织工程支架。
本发明提供了一种工艺简单、条件温和可控、重复性好、分散性好的碳酸钙中空微球的其制备方法,利用四乙烯五胺修饰的石墨烯为模版,诱导碳酸钙晶体结晶生长的方法,形成功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球。
本发明利用的模版为四乙烯五胺修饰的石墨烯,其为单层薄片状结构,表面含有大量的-NH2基团,具有较大的比表面积的同时对CaCO3的结晶有积极的诱导作用,是一种比较理想的矿化模板。制备出的碳酸钙为规则的球状中空晶体具有更大的比表面积,晶型为球霰石,分散性好,粒径均一。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明从仿生学的角度出发,采用四乙烯五胺修饰的石墨烯为模板,诱导碳酸钙晶体结晶生长。该方法制备工艺简单、条件温和可控、重复性好。制备出的碳酸钙为规则的球状中空晶体具有更大的比表面积,晶型为球霰石,分散性好,粒径范围约为1~3μm,壁厚约500nm,具有中空结构、粗糙的表面结构和良好的细胞相容性,可制成药物载体或人体组织工程支架,应用于骨组织医疗领域。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的外观扫描电镜图。
图2为本发明实施例1所制备功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的内部结构扫描电镜图。
图3为本发明实施例1所制备功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的X射线衍射谱图。
图4为本发明实施例1所制备功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的红外谱图。
图5为本发明实施例2所制备功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的扫描电镜图。
图6为本发明实施例3所制备功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法的实现步骤包括:
1、将2~20mg功能化石墨烯与20mM~200mM钙盐溶液混合并用石蜡封口膜封口;
2、将上述得到的混合溶液进行超声分散30min;
3、用针尖在上述混合溶液封口处扎3~10个小孔儿并置于放有浓硫酸和碳酸铵的密闭容器中;
4、将上述密闭容器移入恒温培养箱内,温度为25~85℃,培养1~10h,通过碳酸铵分解产生CO2,CO2通过针孔儿进入混合溶液,与钙盐反应生成碳酸钙晶体;
用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液快速倒入离心管内,8000r/min离心5分钟,去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,真空干燥48h,即得到功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球。
所述的功能化的石墨烯为四乙烯五胺修饰的石墨烯。
所述的钙盐为氯化钙或硝酸钙。
四乙烯五胺修饰的石墨烯加入后,其质量浓度为0.1~1mg/ml。
步骤5中,用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液快速倒入避免引入烧杯壁和底部的晶体,所得到的功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球在溶液本体中生成。
本发明方法获得的功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球在制成药物载体或人体组织工程支架。
下面举例对本发明做更详细的描述。
实施实例1
(1)将5mg功能化石墨烯与50ml 50mM氯化钙溶液混合并用石蜡封口膜封口;
(2)将上述得到的混合溶液进行超声分散30min;
(3)用针尖在上述混合溶液封口处扎5个小孔儿并置于放有浓硫酸和碳酸铵的密闭容器中;
(4)将上述密闭容器移入恒温培养箱内,温度为35℃,培养3h,通过碳酸铵分解产生CO2,CO2通过针孔儿进入混合溶液,与钙盐反应生成碳酸钙晶体;
(5)用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液快速倒入离心管内,8000r/min离心5分钟,去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,真空干燥48h,即得到功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球。
实施实例1中所得样品进行场扫描电镜分析、X射线衍射分析、红外分析,结果分别如图1、2、3、4。所得球状中空碳酸钙晶体直径约为1~3μm,壁厚约500nm,表面结构粗糙,内部为中空结构,分散性较好,晶型为碳酸钙球霰石。
实施实例2
(1)将10mg功能化石墨烯与50ml 10mM氯化钙溶液混合并用石蜡封口膜封口;
(2)将上述得到的混合溶液进行超声分散30min;
(3)用针尖在上述混合溶液封口处扎5个小孔儿并置于放有浓硫酸和碳酸铵的密闭容器中;
(4)将上述密闭容器移入恒温培养箱内,温度为55℃,培养1h,通过碳酸铵分解产生CO2,CO2通过针孔儿进入混合溶液,与钙盐反应生成碳酸钙晶体;
(5)用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液快速倒入离心管内,8000r/min离心5分钟,去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,真空干燥48h,即得到功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球。
实施实例2所得样品的扫描电镜如图5所示。实施实例2得到的球状中空碳酸钙颗粒粉末均具有与实施例1得到的球状中空碳酸钙粉末相同的技术参数。
实施实例3
(1)将10mg功能化石墨烯与50ml 50mM硝酸钙溶液混合并用石蜡封口膜封口;
(2)将上述得到的混合溶液进行超声分散30min;
(3)用针尖在上述混合溶液封口处扎3个小孔儿并置于放有浓硫酸和碳酸铵的密闭容器中;
(4)将上述密闭容器移入恒温培养箱内,温度为25℃,培养8h,通过碳酸铵分解产生CO2,CO2通过针孔儿进入混合溶液,与钙盐反应生成碳酸钙晶体;
(5)用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液快速倒入离心管内,8000r/min离心5分钟,去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,真空干燥48h,即得到功能化石墨烯/碳酸钙复合中空微球。
实施实例3所得样品的扫描电镜如图6所示。实施实例3得到的球状中空碳酸钙颗粒粉末均具有与实施例1得到的球状中空碳酸钙粉末相同的技术参数。
Claims (6)
1.一种功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法,其特征是:
(1)将功能化石墨烯与钙盐溶液在容器中混合并用石蜡封口膜对容器进行封口,所述功能化石墨烯为四乙烯五胺修饰的石墨烯;
(2)将上述步骤(1)得到的混合溶液进行超声分散;
(3)在上述混合溶液的容器的封口处扎孔并置于放有浓硫酸和碳酸铵的密闭容器中;
(4)将上述密闭容器移入恒温培养箱内,培养;
(5)用盖玻片移除气液界面处生成的晶体,将混合溶液进行离心分离,真空干燥得到产品。
2.根据权利要求1所述的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法,其特征是:2~20mg功能化石墨烯与20mM~200mM钙盐溶液混合。
3.根据权利要求1或2所述的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法,其特征是:恒温培养箱的温度为25~85℃,培养时间为1~10h。
4.根据权利要求1或2所述的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法,其特征是:所述钙盐为氯化钙或硝酸钙。
5.根据权利要求3所述的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的制备方法,其特征是:所述钙盐为氯化钙或硝酸钙。
6.一种权利要求1所述的制备方法所得到的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球的应用,其特征是:获得的功能化石墨烯与碳酸钙复合中空微球用于制备药物载体或人体组织工程支架。
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